第二節 勻加速運動方程
勻加速運動模擬程式 運動與線圖模擬程式

在加速度為固定的情況下(\(a\) = 常數),有關運動稱為勻加速運動 (uniformly accelerated motion)。

勻加速運動方程:

\(\begin{align}v &= u+a\ t \\ s &= {{s}_{0}}+\left( \frac{u+v}{2} \right)\ t \\ s &= {{s}_{0}}+u\ t+\frac{1}{2}a\ {{t}^{2}} \\ {{v}^{2}}-{{u}^{2}} &= 2a\left( s-{{s}_{0}} \right)\end{align}\)                    

只要知道位移 \(s\)、時間 \(t\)、初速度 \(u\)、末速度 \(v\) 和加速度 \(a\) 中任何三個物理量,就可用這些方程找出餘下的兩個量。


下方有關剎車的實例便應用了運動方程來分析。

志文以 \(80 \text{ km}\ {{\text{h}}^{-1}}\) 的速度在馬路上駕駛的士。他忽然發現前方 \(70 \text{ m}\) 處有一位老公公正橫過馬路,便立即於看到老公公後 \(0.5 \text{ s}\) 剎車。假若的士的減速度為 \(5 \text{ m}\ {{\text{s}}^{-2}}\),請問老公公會否被的士撞倒?



由於志文的反應時間 \(= 0.5 \text{ s}\)(由看見老公公,到踏剎車制的時間):

【志文踏剎車制前】
的士以 \(80 \text{ km}\ {{\text{h}}^{-1}}\)、即 \(22.2 \text{ m}\ {{\text{s}}^{-1}}\) 勻速行駛,所走的距離稱作反應距離

【志文踏剎車制後】
的士以 \(5 \text{ m}\ {{\text{s}}^{-2}}\) 減速,即以勻加速行駛,所走的距離稱作制動距離


如果停車距離小於 \(70 \text{ m}\),的士便不會撞倒老公公,而:

停車距離 = 反應距離 + 制動距離


【計算反應距離】

\(\begin{align}\text{反應距離} &= \text{初速度} \times \text{反應時間} \\ &= (22.2 \text{ m}\ {{\text{s}}^{-1}}) (0.5 \text{ s}) \\ &= 11 \text{ m}\end{align}\)

【計算制動距離】

設 \(u\) 的方向為正,車在減速,所以 \(a\) < 0。最終車剎停,故 \(v\) = 0。

\({{v}^{2}}={{u}^{2}}+2\ a\ s\)
\(\Rightarrow {{0}^{2}}={{\left( 22.2\ \text{m}\ {{\text{s}}^{-1}} \right)}^{2}}+2\ \left( -5\ \text{m}\ {{\text{s}}^{-2}} \right)\ s\)
\(\Rightarrow s=49\ \text{m}\)

【計算停車距離】

\(\begin{align}\text{停車距離} &= \text{反應距離} + \text{制動距離} \\ &= 11 \text{ m} + 49 \text{ m} \\ &= 60 \text{ m}\end{align}\)


換言之,停車距離小於 \(70 \text{ m}\),故的士不會撞倒老公公。

的士趕得及剎車嗎?
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